(57)【要約】 【課題】簡便な構造で堆肥原料を好気性微生物の増殖に都合が良い温度と酸素濃度に保持でき、且つ、醗酵分解により生じるアンモニア等の臭い成分が発生しない堆肥製造装置を提供する。【解決手段】有機廃棄物等の堆肥原料が堆積・収容される醗酵容器１と、当該醗酵容器１の外に設けられ、電気化学反応により酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器２と、酸素富化器２で得られた酸素富化空気を醗酵容器１に供給する送気手段１０を備えている。酸素富化器２からの昇温された酸素富化空気を堆肥原料１１に供給し、堆肥原料１１を増殖された好気性微生物により醗酵分解して堆肥化する。【選択図】図１
2007217269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物等の堆肥原料を好気性醗酵により分解処理して堆肥化する堆肥製造装置であって、
前記堆肥原料が堆積・収容される醗酵容器と、当該醗酵容器の外に設けらて、電気化学反応により酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器と、当該酸素富化器で得られた酸素富化空気を前記醗酵容器に供給する送気手段とを備えることを特徴とする堆肥製造装置。
【請求項２】
前記送気手段は、前記酸素富化空気を前記堆肥原料の内部に供給する送気路と、当該送気路に前記酸素富化器からの酸素富化空気を送り込む送風機と、前記堆肥原料の内部を流通した空気を捕集する排気路とを備え、且つ、前記送気路と前記排気路が前記酸素富化器内において連通して循環路を形成していることを特徴とする請求項１に記載の堆肥製造装置。
【請求項３】
前記循環路内に、前記堆肥原料の醗酵分解により生じたアンモニアを酸化、脱硝するための触媒を設けたことを特徴とする請求項２に記載の堆肥製造装置。
【請求項４】
前記堆肥原料内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、前記堆肥原料内の温度を検知する温度検知手段と、これら酸素濃度検知手段と温度検知手段の検知出力に基づいて前記酸素富化空気の酸素濃度および温度を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の堆肥製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、
前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記送気手段にて前記堆肥原料に供給することにより、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴とする堆肥製造方法。
【請求項６】
請求項２に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、
前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記堆肥原料に供給すると共に、この堆肥原料の内部を流通した酸素富化空気を前記循環路を通して酸素富化器からの新たな酸素富化空気とともに循環させることにより、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴とする堆肥製造方法。
【請求項７】
前記循環路内に触媒を設けて前記堆肥原料の醗酵分解により生じたアンモニアを酸化、脱硝することを特徴とする請求項６に記載の堆肥製造方法。
【請求項８】
請求項４に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、
前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記送気手段にて前記堆肥原料に供給すると共に、前記酸素濃度検知手段と前記温度検知手段の検知出力に基づいて前記酸素富化空気の酸素濃度および温度を制御しつつ、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴とする堆肥製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機廃棄物等の堆肥原料を好気性微生物により醗酵分解して堆肥化する堆肥製造装置および堆肥製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、生ゴミ、木の葉、家畜の糞尿等の有機物中に存在する好気性微生物を増殖させ、好気性微生物が生産する加水分解酵素によって有機物を醗酵分解させて堆肥化する堆肥製造装置が知られている。
【０００３】
ところで、堆肥原料を効率良く堆肥化するには、この加水分解酵素を生産する好気性微生物を高密度に増殖させることが肝要であり、よって、堆肥原料内を好気性微生物の活動に都合がよい温度と酸素濃度に保持できると共に、醗酵分解により生じるアンモニア等の臭い成分を除去できる堆肥製造装置が望まれている。
【０００４】
尚、このような有機物の堆肥化技術として、特許文献１に堆肥原料に暖気を供給する暖気供給手段を備えた堆肥製造装置が開示され、特許文献２に堆肥原料に酸素を含む気体を送り出す送風手段を備えた堆肥乾燥装置が開示されているが、何れも、複雑な暖気や酸素の供給機構や堆肥原料と新鮮な空気を攪拌するための切り返し機構等を備えていることから、装置が大型化すると共に運転コストも高くなるという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１２８６８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、係る事情に鑑み成されたもので、簡単に堆肥原料を好気性微生物の増殖に都合が良い温度と酸素濃度に保持でき、且つ、醗酵分解により生じるアンモニア等の臭い成分を除去できる堆肥製造装置および堆肥製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、有機廃棄物等の堆肥原料を好気性醗酵により分解処理して堆肥化する堆肥製造装置であって、前記堆肥原料が堆積・収容される醗酵容器と、当該醗酵容器の外に設けらて、電気化学反応により酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器と、当該酸素富化器で得られた酸素富化空気を前記醗酵容器に供給する送気手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の堆肥製造装置において、前記送気手段は、前記酸素富化空気を前記堆肥原料の内部に供給する送気路と、当該送気路に前記酸素富化器からの酸素富化空気を送り込む送風機と、前記堆肥原料の内部を流通した空気を捕集する排気路とを備え、且つ、前記送気路と前記排気路が前記酸素富化器内において連通して循環路を形成していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の堆肥製造装置において、前記循環路内に、前記堆肥原料の醗酵分解により生じたアンモニアを酸化、脱硝するための触媒を設けたことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の堆肥製造装置において、前記堆肥原料内の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、前記堆肥原料内の温度を検知する温度検知手段と、これら酸素濃度検知手段と温度検知手段の検知出力に基づいて前記酸素富化空気の酸素濃度および温度を制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記送気手段にて前記堆肥原料に供給することにより、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項２に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記堆肥原料に供給すると共に、この堆肥原料の内部を流通した酸素富化空気を前記循環路を通して酸素富化器からの新たな酸素富化空気とともに循環させることにより、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項６に記載の堆肥製造方法において、前記循環路内に触媒を設けて前記堆肥原料の醗酵分解により生じたアンモニアを酸化、脱硝することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の本発明は、請求項４に記載の堆肥製造装置を用いて堆肥原料より堆肥を製造する方法であって、前記醗酵容器に前記堆肥原料を収容した後、前記酸素富化器にて得られた酸素富化空気を前記送気手段にて前記堆肥原料に供給すると共に、前記酸素濃度検知手段と前記温度検知手段の検知出力に基づいて前記酸素富化空気の酸素濃度および温度を制御しつつ、前記堆肥原料を醗酵分解させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項８に記載の発明によれば、酸素富化器を作動すると昇温された酸素富化空気が得られることから、堆肥原料への空気供給源にこの酸素富化器を用いることにより、好気性微生物の増殖に必要な豊富な酸素と適度な温度を同時に発生・供給することができるため、簡単に且つ効率良く堆肥を製造することができる。
【００１５】
また、請求項２または請求項６に記載の発明によれば、酸素富化空気を送気路と排気路による循環路内を循環させることにより、堆肥原料の醗酵分解により生じるアンモニア等の臭い成分を含んだ排ガスを無闇に外部に放出させなくできるため、生ゴミ等のいやな臭いを発生させることなく堆肥を製造することができる。
また、酸素富化空気を循環させると、堆肥原料内の雰囲気は常に新たな酸素富化空気により更新されるため堆肥原料の切り返しを行う必要はなくなり、低コストで簡単に堆肥を製造することができる。
【００１６】
また、請求項３または請求項７に記載の発明によれば、上記循環路内においてアンモニア酸化、脱硝触媒により排ガス中のアンモニア成分が除去されるため、生ゴミ等のいやな臭いを発生させることなく堆肥を製造することができる。
【００１７】
また、請求項４または請求項８に記載の発明によれば、常に温度検知手段と酸素濃度検知手段の検知出力に基づいて調整された適量の酸素と温度を堆肥原料に供給できるため、好気性微生物を高密度に増殖させることが可能となり、これにより、堆肥原料を効率良く堆肥化することができる。
また、酸素富化空気の酸素濃度を高めることにより、堆肥原料への送気量を少なくできるため、送風機の消費電力が低減され、堆肥製造の運転コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明に係る堆肥製造装置の実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の堆肥製造装置は、例えば、防水性の被覆シートにてほぼ気密状態と成された醗酵容器１と、この醗酵容器１の外に配設され、酸素含有混合ガス中から酸素を選択的に取り出す酸素富化器２と、この酸素富化器２に付設されて、酸素富化器２を作動温度に昇温するヒータ３と、酸素富化器２の動作を制御する制御部４等を備えている。
【００２０】
酸素富化器２は、図３に示す電気化学セル２０を複数用いて構成されている。この電気化学セル２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質２１の両面にそれぞれアノード電極２２とカソード電極２３を配した電気化学デバイスであって、図示のように、電極２２、２３間に直流電圧Ｖを印加する（すなわち、電極２２、２３間に電流を流す）ことにより、およそ、４００〜８００℃の温度下において、上記固体電解質２１が、その一方の面（カソード電極側）から他方の面（アノード電極側）に向けて酸素含有混合ガス中（空気）から酸素のみを選択的に透過させる酸素透過膜として作用し、これにより、アノード電極２２側の雰囲気を酸素富化状態にすることができる。
ここで、電気化学セル２０は、例えば、イットリア添加ジルコニア（ＹＳＺ）で成る固体電解質２１の両面にＬＳＣ：Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＣｏＯ3で成る電極２２、２３を配したもの、或いは、コバルト添加ランタンガレート（ＬＳＧＭＣ）で成る固体電解質２１の両面にＳＳＣ：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3で成る電極を配したものが用いられる。
【００２１】
本実施形態の堆肥製造装置では、この電気化学セル２０のアノード電極側が後述する送気管６側に位置し、カソード電極側が外気側に位置するように複数の電気化学セル２０を連設することにより、酸素富化器２が構成されている。
【００２２】
他方、醗酵容器１内には、生ゴミ、木の葉、家畜の糞尿等といった有機廃棄物１１（堆肥原料１１）が堆積・収容されており、この堆肥原料１１中には、外部の酸素富化器２で得られた酸素富化空気を堆肥原料１１に供給する送気管６と、この送気管６より放出されて堆肥原料１１中を拡散・流通する空気（排ガス）を捕集するための排気管７が配設されていると共に、図２に示すように、これら、送気管６と排気管７が酸素富化器２内において連通されることにより、酸素富化器２（アノード電極側）〜送気管６〜堆肥原料１１内〜排気管７〜酸素富化器２による循環路１０（送気手段）が形成されている。
【００２３】
また、堆肥原料１１内には、堆肥原料１１の温度を検知する温度センサ８と堆肥原料１１の酸素濃度を検知する酸素濃度センサ９とが配設され、また、上述の循環路１０の途上、送気管６の基端側には、酸素富化器２からの酸素富化空気を醗酵容器１に送り出すための送風機５が配設されている。
【００２４】
この循環路１０においては、送気管６と排気管７が堆肥原料１１の中に位置する部分に多数の通気孔１６が設けられ、送風機５の送風力によるガス循環作用により、送気管６側においては、酸素富化空気が多数の通気孔１６を通して噴出し、堆肥原料１１内に満遍なく送り込まれると共に、排気管７側においては、送風機５の吸引力により堆肥原料１１内を流通・拡散する空気（排ガス）が多数の通気孔１６より効率良く管内に吸引・捕集されるようになっている。
【００２５】
また、この循環路１０内には、図２に示すように、酸素富化器２内の送気管６と排気管７の連通部分１０ａに堆肥原料１１の醗酵分解により生じたアンモニア成分を酸化、脱硝するための触媒１７が設けられている。尚、酸化触媒としては、ＰｔやＮｉ、脱硝触媒としては、ＲｕやＲｈを用いることができ、連通部分１０ａの内壁に層状に配設されている。
【００２６】
また、制御部４の入力側には、信号線１２により温度センサ８が接続され、信号線１３により酸素濃度センサ９が接続されていると共に、制御部４の出力側には、通電制御線１４によりヒータ３が接続され、電流供給線１５により酸素富化器２が接続されており、堆肥原料１１内の温度および酸素濃度情報はこれら信号線１２、１３を介して制御部４に入力されると共に、ヒータ３の通電は通電制御線１４を介してをオン／オフされ、酸素富化器２への作動電流は電流供給線１５を介して制御部４より供給されるようになっている。
【００２７】
上記構成の堆肥製造装置を用いて、有機廃棄物１１から堆肥を製造する方法について説明する。
【００２８】
先ず、制御部４からの通電制御により、ヒータ３の通電がオンされて酸素富化器２（すなわち、電気化学セル２０）が昇温される。電気化学セル２０が作動温度に昇温されると、電気化学セル２０の酸素透過作用により外部空気より酸素が選択的に透過されてアノード電極２２側の雰囲気が酸素富化状態となる。
【００２９】
また、このアノード電極２２側の酸素富化空気はセル作動時に発生するジュール熱（３００〜４００℃）等によって昇温されており、この昇温された酸素富化空気が送風機５の送風力で上述の循環路１０内を循環する際、酸素富化器２部分において循環ガスに新たに酸素が補給され、醗酵容器１内の堆肥原料１１内に新鮮な酸素富化空気が供給される。
【００３０】
また、これに並行して、制御部４により、温度センサ８および酸素濃度センサ９の検知出力に基づいて堆肥原料１１内に供給される酸素富化空気の酸素濃度および温度が好気性微生物を増殖し得る好適状態に制御される。
【００３１】
すなわち、堆肥原料１１に供給する酸素富化空気の酸素濃度が不足している場合は、制御部４より酸素富化器２へ供給する電流量が増加され、これにより、酸素富化器２による酸素供給量が増加される。過剰の場合は、電流供給量が減少され、酸素富化器による酸素供給量が低減される。この際、酸素富化空気の酸素濃度を高めに設定すれば、堆肥原料１１への送気量を少なくできるため、送風機５の消費電力が低減され、その分、堆肥製造の運転コストを低減できる。
【００３２】
また、堆肥原料１１の温度についても、上記同様に酸素富化器２への供給電流量を制御してセル作動のジュール熱を増減することにより調整可能である。尚、好気性微生物を増殖し得る好適温度は、およそ６０〜７０℃である。
【００３３】
尚、この温度制御については、上述した供給電流の増減による他、例えば、図４に示すように、送気管６の途上に熱交換器３０を設けておいて、この熱交換器３０において酸素富化空気と外部空気とを間接的に熱交換させるように構成すると共に、温度センサ８の検知出力に基づく制御部４からのバルブ３１制御により、交換用空気の導入量を調整して、熱交換量を制御するようにしても良い。この場合は、酸素富化空気の酸素濃度と温度を個々に制御することができるため、前者の方法に比べてよりきめ細かな雰囲気管理が可能となる。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、常に適量に調整された酸素と温度を堆肥原料に供給できるため、好気性微生物を高密度に増殖させることが可能となり、これにより、堆肥原料１１を効率良く醗酵分解して堆肥化することができる。
【００３５】
加えて、送気管６と排気管７とが連通されて循環路１０が形成されることにより、醗酵分解により生じるアンモニア等の臭い成分を含んだ排ガスを無闇に外部（大気中）に放出させなくて済むと共に、循環路１０内において、このアンモニア等の臭い成分が上述したアンモニア酸化、脱硝触媒により除去されるため、生ゴミ等のいやな臭いを発生させることなく堆肥を製造することができる。
【００３６】
また、循環路１０を介して酸素富化空気を循環させることにより、堆肥原料１１内の雰囲気は常に新たな酸素富化空気により更新されるため、従来のように、醗酵容器内に堆肥原料と空気を攪拌するための切り返し機構等を設ける必要が無くなり、装置が小形化されると共に、製造コストの低減と運転コストの低減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る堆肥製造装置の概略構成を示す図。
【図２】送気管と排気管の連結部分を示す図。
【図３】電気化学セルの構成を示す図。
【図４】酸素富化空気の温度調節機構の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１  醗酵容器
２  酸素富化器
４  制御部
５  送風機
６  送気路（送気管）
７  排気路（排気管）
８  温度検知手段（温度センサ）
９  酸素濃度検知手段（酸素濃度センサ）
１０  送気手段（循環路）
１１  堆肥原料
１７  アンモニア酸化・脱硝触媒
【図１】
2007217269.tif 000003
【図２】
2007217269.tif 000004
【図３】
2007217269.tif 000005
【図４】
2007217269.tif 000006